Combustão Completa e Incompleta

O que é Combustão?

Combustão completa e incompleta é uma reação química na qual todos os átomos de carbono de uma determinada substância são totalmente consumidos.

“Combustão” é geralmente entendida como sinônimo de “queima”, embora a definição química seja geralmente muito mais ampla do que simplesmente queimar com chamas ou fogo.

Os fogos certamente são uma forma de combustão e podem resultar na combustão completa da madeira e de outras matérias. No entanto, também existem várias outras possibilidades. Do ponto de vista científico, esse tipo de reação ocorre sempre que oxigênio, calor e qualquer tipo de combustível contendo carbono estão presentes juntos.

Os átomos de carbono se ligam aos átomos de oxigênio de tal forma que eles estão exatamente emparelhados, e o calor desencadeia uma conversão – geralmente em dióxido de carbono e água, mas isso pode depender da composição química dos elementos no ponto inicial.

Se não houver oxigênio suficiente na atmosfera para corresponder a todos os átomos de carbono, a combustão geralmente é incompleta, o que significa que a conversão transforma parte do material em gás, mas não todo. A quantidade de calor necessária para a reação em qualquer evento geralmente depende do combustível, uma vez que a temperatura precisa estar igual ou acima do limite de queima desse material para que a reação aconteça.

Compreendendo a combustão em geral

Muitos materiais e todos os que sustentam a vida são considerados “baseados em carbono”. O carbono é um elemento quase onipresente, assim como o oxigênio.

Cada composto contendo carbono tem o que é conhecido como “temperatura de ignição”, que é a temperatura na qual ele vai queimar. Compostos diferentes têm limites diferentes, mas o calor é sempre o primeiro requisito. Às vezes, esse calor pode ser muito baixo, como o produzido pela fricção quando um fósforo atinge uma superfície áspera; em muitos casos, deve ser muito mais alto.

Uma vez que o material é exposto ao calor além de sua temperatura de ignição, os átomos de carbono começam a se reorganizar.

Eles combinam com o oxigênio na atmosfera e uma pequena reação acontece no nível atômico que, quando vista de fora, pode ser bastante dramática. Às vezes, a coisa toda pega fogo ou pode parecer que se derrete ou se dissolve rapidamente; pode virar fumaça e às vezes fazer um barulho parecido com um estrondo ou um estouro. Muito depende das substâncias envolvidas, bem como do que mais o composto de combustão contém além do carbono simples. Esses elementos secundários geralmente estão envolvidos por padrão.

O que torna uma combustão “completa”

Quando os cientistas falam sobre combustão “completa”, eles geralmente estão discutindo um evento em que tudo é consumido pela reação. Para que isso aconteça, deve haver oxigênio disponível suficiente para cada átomo de carbono no composto para encontrar uma correspondência ou um par no ar ambiente. Na maioria das vezes, isso não é um problema; a atmosfera geralmente contém muito oxigênio. Normalmente, há apenas uma escassez quando a reação ocorre em algum lugar mais incomum; subterrâneo em uma caverna, por exemplo, em uma altitude muito elevada, ou em um laboratório onde as condições são controladas artificialmente.

Alternativas Incompletas

A proporção perfeita de carbono para oxigênio também é conhecida como estequiométrico ou combustão de ar em excesso zero. A combustão ainda pode acontecer quando a proporção está desequilibrada, mas nessas circunstâncias geralmente sobra algo – ou seja, o composto inteiro não se converte em um gás ou muda de forma. Na maioria dos casos, isso é conhecido como combustão incompleta.

O processo é o mesmo até o ponto final; o carbono e o oxigênio combinam tanto quanto podem, deixando o restante mais ou menos intocado.

Propano como modelo

A combustão do propano serve como exemplo de hidrocarboneto comumente queimado para uso doméstico. Normalmente, a combustão do propano ocorre quando o gás na mistura de ar está entre 2,2% e 9,6%.

Este intervalo é conhecido como “limites de inflamabilidade” do propano. Um aparelho de propano funcionando adequadamente, produzindo uma queima ideal, geralmente emitirá uma chama azul.

A combustão incompleta do propano ocorre quando a proporção da mistura é superior ou inferior à proporção ideal, mas ainda ocorre dentro dos limites de inflamabilidade.

Se a proporção de propano para o ar for menor que a proporção ideal, ocorrerá uma “queima pobre”, conforme evidenciado pelas chamas que parecem se levantar do queimador ou se extinguir. Alternativamente, uma “queima rica” ocorre quando a proporção de propano para o ar é maior do que a proporção ideal e pode ser reconhecida por chamas maiores que são amarelas em vez de azuis.

A combustão incompleta de propano ou outros hidrocarbonetos normalmente resultará na liberação de monóxido de carbono, um risco extremamente sério para o meio ambiente e a saúde dos humanos e da maioria dos animais. O monóxido de carbono é inodoro e não pode ser detectado sem sensores especiais, mas muitas vezes é letal se inalado por períodos prolongados.

Quais são os diferentes tipos de produtos de combustão?

A combustão, definida como a rápida oxidação de uma substância acompanhada por uma alta temperatura e geralmente uma chama, pode produzir uma série de produtos diferentes, dependendo dos materiais disponíveis na reação.

Os produtos da combustão limpa entre um hidrocarboneto e oxigênio são dióxido de carbono (CO₂), água (H₂O) e energia.

A combustão incompleta, suja ou parcial também pode formar monóxido de carbono (CO), carbono livre ou fuligem, óxidos de nitrogênio, cianeto de hidrogênio (HCN) e amônia (NH₃).

Os produtos de combustão de combustão limpa incluem CO₂, H₂O e energia. Nenhum outro gás ou particulado sólido é formado como produto de combustão neste tipo de reação.

A seguinte reação equilibrada é a do propano, que é um alcano, reagindo com o oxigênio:

C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O

Quando uma reação de combustão ocorre em um ambiente privado de oxigênio, diferentes produtos de combustão podem ser produzidos. Carbono livre, mais comumente conhecido como fuligem, e monóxido de carbono são produzidos junto com CO₂, H₂O e energia. A formação de fuligem como produto de combustão é a razão pela qual a combustão incompleta também é conhecida como combustão suja.

Na indústria química, os gaseificadores queimam materiais inflamáveis em ambientes privados de oxigênio para produzir gás de síntese, que consiste em hidrogênio e monóxido de carbono.

Fora das indústrias químicas, a combustão incompleta geralmente ocorre em motores de combustão interna e fornos mal ventilados.

O oxigênio do ar é a fonte mais comum de oxigênio para a maioria das reações de combustão. O ar é composto principalmente de nitrogênio, entretanto, e durante a combustão, o nitrogênio é capaz de produzir vários de seus próprios produtos de combustão. Os gases de óxido de nitrogênio, frequentemente chamados de gases NOX, podem ser formados em uma reação de combustão.

O gás NOX mais comum é o dióxido de nitrogênio tóxico (NO₂). A amônia (NH₃) e o cianeto de hidrogênio letal (HCN) também podem ser formados.

Halogênios, enxofre e fósforo também podem produzir seus próprios produtos de combustão.

Halogênios como o cloro podem reagir com o hidrogênio de radical livre para formar substâncias químicas como o cloreto de hidrogênio (HCl).

O enxofre pode produzir os produtos químicos tóxicos e malcheirosos, dióxido de enxofre (SO₂) e sulfeto de hidrogênio (H₂). Quando o fósforo está presente em uma reação de combustão, ele produz pentóxido de fósforo (P₂O₅) como um particulado sólido branco.

A tendência de um combustível de hidrocarboneto de favorecer produtos de combustão limpos ou sujos pode ser estimada examinando o potencial de produção de calor da reação e a energia necessária para iniciar a reação.

O aumento do potencial de produção de calor aumenta a tendência do combustível a sofrer combustão incompleta. O propano, que não requer muita energia para iniciar a combustão, tende a queimar de forma limpa.

Por outro lado, compostos aromáticos como benzeno e tolueno tendem a produzir muita fuligem quando queimados.

Qual é o processo de combustão?

Simplificando, combustão significa queimar.

Para que o processo de combustão ocorra, combustível, oxigênio e uma fonte de calor de ignição são necessários para iniciar uma reação química em cadeia; em uma fogueira, por exemplo, a madeira é o combustível, o ar circundante fornece o oxigênio e um fósforo ou isqueiro pode acender o fogo. Aumentar qualquer um desses elementos aumentará a intensidade do fogo, enquanto a eliminação de qualquer um deles fará com que o processo pare. Se a fogueira for sufocada com água ou sujeira, por exemplo, o oxigênio não pode mais chegar ao calor e ao combustível, e ele se apaga.

Combustível

Combustível é a substância que queima durante o processo de combustão. Todos os combustíveis contêm energia potencial química; esta é a quantidade de energia que será liberada durante uma reação química.

A quantidade de energia que uma substância libera ao queimar é chamada de calor de combustão.

Cada combustível tem uma densidade de energia específica, ou seja, quantos megajoules (MJs) de energia são produzidos por quilograma (kg) da substância; metano, por exemplo, tem uma densidade de energia de 55,5 MJ/kg, o que significa que pode fornecer mais energia do que o enxofre a 9,16 MJ/kg.

Uma grande variedade de substâncias pode ser usada como combustível, mas os hidrocarbonetos são alguns dos mais comuns. Isso inclui metano, propano, gasolina e combustível de aviação, para citar apenas alguns; todos os combustíveis fósseis, incluindo carvão e gás natural, são hidrocarbonetos. Outras substâncias comumente usadas como combustíveis incluem hidrogênio, álcool e biocombustíveis, como a madeira.

Durante a combustão, o combustível é transformado em calor e exaustão. Quando a gasolina queima, por exemplo, ela produz água (vapor), dióxido de carbono, nitrogênio, monóxido de carbono e outros elementos.

A queima também pode liberar partículas, que são partículas minúsculas que flutuam no ar; aqueles liberados pela queima de combustíveis fósseis e madeira freqüentemente contribuem para a poluição do ar.

O escapamento pode ser usado para propósitos benéficos, como fornecer o impulso que empurra um foguete no ar.

A maior parte do escapamento está na forma de gás devido ao calor que o processo de combustão produz, mas também pode estar na forma líquida ou sólida.

Oxigênio

Para que o combustível seja queimado no processo de combustão, ele também deve ter oxigênio. A fonte mais comum é o ar, que contém cerca de 21% de oxigênio. Outras fontes, frequentemente conhecidas como oxidantes ou agentes oxidantes, incluem peróxido de hidrogênio, nitrato de potássio e muitos mais. Quando um agente oxidante é introduzido em um combustível, ele libera oxigênio e pode aumentar a velocidade de combustão do fogo.

Como o combustível, o oxigênio não precisa estar na forma de gás, embora isso seja muito comum. Em um foguete sólido, por exemplo, um oxidante sólido é misturado ao combustível para criar o propelente, que queima quando inflamado e impulsiona o foguete para frente. O ônibus espacial e outras espaçonaves usam oxigênio líquido como parte do processo de combustão.

Quando um fogo não tem oxigênio suficiente, ele não queima completamente. Essa combustão incompleta produz monóxido de carbono, carbono (fuligem) e outras partículas que contaminam o ar.

A combustão incompleta em uma lareira ou forno doméstico pode liberar gases tóxicos e ser muito perigosa.

Calor

Calor ou ignição é o que inicia o processo de combustão. Como o calor também é produzido quando algo queima, uma vez que o processo começa, nem sempre é necessário calor adicional para manter a reação química em cadeia. A faísca inicial que desencadeia o processo químico pode ser fornecida por uma chama, fricção ou até mesmo pelo calor do sol.

Em casos de combustão espontânea, fermentação ou oxidação podem criar calor suficiente para iniciar um incêndio. Em uma pilha de compostagem, por exemplo, as bactérias podem começar a decompor os compostos orgânicos, criando calor e oxigênio suficientes para causar a combustão. Alguns materiais – chamados de substâncias pirofóricas – inflamam quando expostos ao ar ou à água; fósforo e plutônio são dois exemplos. Quando esses materiais encontram uma fonte de combustível, podem iniciar um incêndio muito difícil de apagar.

Controlando o Processo de Combustão

Como todas as três partes são necessárias para a combustão, aumentar ou diminuir qualquer uma delas afetará o processo. Aumentar a quantidade de oxigênio adicionado ao fogo usando um agente oxidante, por exemplo, fará o fogo queimar mais rápido. Remover ou reduzir a fonte de combustível fará com que ela queime menor ou morra.

Existem três maneiras básicas de interromper o processo de combustão:

Tire o combustível,
Remova o oxigênio,
E/ou tirar o calor.

A combustão também pode ser interrompida interrompendo a reação em cadeia química que cria as chamas. Isso é especialmente importante quando certos metais – como o magnésio – queimam, pois adicionar água ao fogo só o tornará mais forte. Nesses casos, produtos químicos secos ou halometanos são usados para interromper a reação.

Qual destas é a melhor maneira de parar um incêndio depende do tipo e do tamanho do incêndio. Em um incêndio residencial, por exemplo, os bombeiros usam água ou espuma para impedir que o oxigênio chegue ao combustível e para reduzir a temperatura. Embora a água possa ser usada em uma floresta ou em um incêndio florestal, remover o novo combustível para o fogo removendo arbustos e vegetação morta da área costuma ser uma parte importante para pará-lo.

Diferença entre as combustões

A essência principal de uma reação de combustão é que ela envolve oxigênio e é uma reação exotérmica. As reações de combustão liberam energia na forma de calor e luz.

Observe que é necessário uma reação de combustão para oxigênio (O2). No entanto, a quantidade de oxigênio presente na reação pode variar dependendo dos outros reagentes e outros fatores ambientais.

Um exemplo de uma reação de combustão envolvendo propano e oxigênio é o seguinte:

C₃H₈(g)+5O2(g) → 3CO₂(g)+4H₂O(g)

As reações de combustão podem ser de dois tipos, dependendo da quantidade de oxigênio disponível para a reação.

A diferença entre Combustão Completa e Combustão Incompleta é a quantidade de oxigênio disponível para ela. Se a quantidade for suficiente ou superior, é uma reação de Combustão Completa e se for menor, é uma reação de Combustão Incompleta.

Quando existe uma quantidade suficiente ou abundante de oxigênio disponível durante o processo de combustão, a reação é conhecida como reação de Combustão Completa. Normalmente, essa reação ocorre com uma chama azul sem fumaça.

Quando a quantidade de oxigênio é insuficiente para o processo de combustão, a reação é conhecida como reação de combustão incompleta.

Essa reação geralmente é acompanhada por uma chama amarela com fuligem.

Combustão Completa vs. Incompleta

A combustão completa reage o oxigênio com um combustível para produzir dióxido de carbono e água.

Ex.: 2C8H18 + 25O2 → 18CO2 + 16H20

Como o ar que respiramos contém apenas 21% de oxigênio, um grande volume de ar é necessário para que a combustão completa ocorra.

A combustão é uma reação exotérmica que libera energia na forma de calor e luz. • Quando um combustível sofre combustão completa, ele libera a quantidade máxima de energia do combustível que está sendo reagido. • Combustão completa é geralmente caracterizada por uma chama azul.

Combustão Incompleta

A combustão incompleta também é uma reação entre o oxigênio e o combustível, mas os produtos são monóxido de carbono, água e carbono.

Ex.: 4CH4 + 5O2 → 2CO + 8H2O + 2C

A Combustão incompleta ocorre quando uma reação de combustão ocorre sem um suprimento suficiente de oxigênio.

A combustão incompleta é frequentemente indesejável porque libera menos energia do que a combustão completa e produz monóxido de carbono, que é um gás venenoso.

A combustão incompleta também pode produzir carbono puro (fuligem) que é confuso e pode se acumular no equipamento. (ex.: chaminés)

A combustão incompleta é caracterizada por uma chama de cor laranja.

Fonte: www.clickview.com.au/quizlet.com/askanydifference.com/www.wisegeek.org/pediaa.com/lchs.lpsd.ca/www.mytutor.co.uk/www.greenfacts.org